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Wasserstoff im Transportwesen – wie ist der aktuelle Stand?

Dienstag, 28. Januar 2020

Zusammenfassung: Der Ausstieg aus der Kohlenstoff-Wirtschaft wird immer konkreter. Die EU will bis 2050 CO2 neutral sein. Besonders der Verkehrssektor macht dabei Sorgen, denn hier gibt es bezüglich Platz und Gewicht Restriktionen, die so bei Gebäuden nicht bestehen. Nach der Abkehr von Benzin und Diesel bleiben als Alternativen Batterie-elektrische-Antriebe oder Wasserstoff-Antriebe.

 

Der Coradia iLint ist laut Hersteller Alstom weltweit der erste Personenzug, der mit einer Wasserstoff-Brennstoffzelle betrieben wird, die elektrische Energie für den Antrieb erzeugt (Bild: pixabay)

 

1.) Wie funktioniert Wasserstoff im Transportbereich?

Grundsätzlich ist Wasserstoff in diesem Zusammenhang ein Energieträger, aus dessen Energie ein Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Dazu wird Wasserstoff zunächst aus Wasser und Energie, die idealerweise aus Erneuerbaren Energien stammt, aber heute meist aus Erdgas kommt, erzeugt. Der Wasserstoff kann sehr gut gespeichert und transportiert werden, dazu gehört auch das Betanken eines Wasserstoffautos in wenigen Minuten statt in Stunden wie beim batteriebetriebenen Elektrofahrzeug. An Bord des Fahrzeugs wird eine Brennstoffzelle genutzt, um aus dem Wasserstoff elektrische Energie zu erzeugen und damit Elektromotoren zu speisen, die das Fahrzeug antreiben. Technisch muss dazu noch eine Batterie zwischengeschaltet werden, da die Brennstoffzelle gerne konstant Strom abliefert.

 

2.) Wie sicher ist Wasserstoff?

Wer im Chemieunterricht aufgepasst hat kennt noch die Experimente mit Knallgas – das entsteht wenn Wasserstoff und Sauerstoff zusammen kommen. Wasserstoff ist außerdem sehr flüchtig, so dass die Sicherheit ein Thema ist, besonders wenn eventuell entweichender Wasserstoff nicht abziehen kann. Bei Bussen wird deshalb der Wasserstofftank gerne auf das Dach gebaut, so dass entweichender Wasserstoff sich nicht sammelt. Grundsätzlich ist die Wasserstoff-Technik aber schon sehr lange bekannt und entsprechend gut entwickelt; Versuche mit Gewehrschüssen auf moderne Wasserstofftanks überstanden die Tanks ohne Probleme.

 

3.) Wie schnell kann man ein H2 Auto betanken?

Bei batterieelektrischen Fahrzeugen sind die Ladezeiten immer wieder ein großes Thema. Bei Wasserstoff sieht das anders aus, denn in drei bis fünf Minuten ist ein Wasserstofftank wieder gefüllt. Übrigens prüft eine Wasserstofftankstelle mit einem kurzen Druckstoß, welchen Füllstand der Tank im Auto hat und ob der Verbindung zwischen Zapfpistole und Autotank perfekt sitzt.

 

4.) Wie sieht die Versorgung mit Wasserstofftankstellen aus?

Den rund 14.000 Tankstellen für Benzin und Diesel in Deutschland stehen aktuell erst rund 100 Tankstellen für Wasserstoff gegenüber. Damit sind auch Langstrecken zu beherrschen, auch wenn die Situation noch verbesserungswürdig ist. Grundsätzlich würden die Tankstellen ausreichen, um 40.000 Fahrzeuge zu versorgen, so dass die aktuell rund 1.000 Fahrzeuge gut versorgt sind. Eine neue Tankstelle für Wasserstoff zu errichten kostet zwischen 1,2 und 2 Millionen Euro, so dass ein weiterer Ausbau viel Kapital bindet. Werden mehr Tankstellen gebaut, sinken die Kosten pro Tankstelle um rund 50%, so H2 Mobility, ein Konsortium von Air Liquide, Daimler, Linde, OMV, Shell und Total.

 

5.) Was ist effizienter: die Brennstoffzelle oder die Batterie?

Bei der Effizienz muss die gesamte Kette vom Windrad über die Wasserstofferzeugung im Elektrolyseur, den Transport, die Speicherung, die Umwandlung in Strom bis zum Antrieb betrachtet werden. Hier hat Wasserstoff seine Nachteile, denn nur jede 4. erzeugte Kilowattstunde kommt auf der Straße an – der Rest ist verloren. Das sind 25 Prozent Wirkungsgrad und damit deutlich weniger als bei den batterieelektrischen Antrieben, die einen Wirkungsgrad von 70 Prozent vorweisen können. Es wurde errechnet, dass sich bei einer kompletten Umstellung auf wasserstoffbetriebene Fahrzeuge in Deutschland der Stromverbrauch verdoppeln würde, bei einer Komplettumstellung auf batterieelektrische Fahrzeuge die Stromproduktion nur um 25 Prozent steigen würde.

 

6.) Wie entsteht der Wasserstoff?

Heute gewinnt Deutschland seinen Wasserstoff hauptsächlich aus der Reformierung von Erdgas, aus flüssigen Kohlenwasserstoffen sowie Kohle. Man nennt diesen den „grauen Wasserstoff„.

 

Grüner Wasserstoff hingegen wird aus Erneuerbaren Energien, also typischerweise aus Windstrom oder Solarstrom, gewonnen. Man nennt ihn den „grünen Wasserstoff„, der heute erst 4 Prozent Anteil in Deutschland hat. Hier liegt aber die große Chance, denn die Wasserstoffgewinnung könnte verhindern, dass zu viel erzeugter Windstrom billig ins Ausland verkauft werden muss – dieser zu viel produzierte Windstrom kann kostengünstig Wasserstoff erzeugen.

 

Kritisch sehen Umweltschützer den „blauen Wasserstoff„. Dabei wird der Wasserstoff aus Erdgas gewonnen, das dabei entstehende CO2 aber abgeschieden und soll dann in Bergwerken oder in alten Erdgaslagerstätten „sicher“ deponiert werden. Man braucht nur wenig Fantasie um die Parallelen zu sicheren Lagerung von Atommüll zu erkennen.

 

7.) Wo wird die Brennstoffzellen als erstes breit eingesetzt werden?

 

Batterieelektrische Fahrzeuge mit grundsätzlich höherem Wirkungsgrad scheitern meist dann, wenn hohe Reichweiten erreicht werden sollen. Dann nimmt nämlich das für die großen Batterien benötigte Gewicht so zu, dass die Einschränkungen bei der Nutzlast zu hoch werden. Hier spielt Wasserstoff seine Vorteile aus. Der deutsche Automobilzulieferer Bosch und das Startup Nikola Motors arbeiten zusammen, um einen Truck mit Wasserstofftanks für eine Reichweite von 1.200 Kilometern zu entwickeln. Außerdem gibt es Anwendungen im Busverkehr. So will der Kreis Groß-Gerau seine Busfollte bis 2030 auf Wasserstoff umstellen, auch wenn die Anschaffungskosten pro Bus mit 600.000 Euro rund doppelt so hoch sind wie beim Diesel-Bus. Flixbus will mit Zulieferer Freudenberg einen Reisebus entwickeln, und die Bahnstrecke Bremervörde, Cuxhaven, Bremerhaven und Buxtehude wird schon seit Sommer 2018 von einem Triebwagen mit Wasserstoffantrieb befahren.

 

8.) Wie sieht die Preisentwicklung aus?

Eine McKinsey Studie sieht einen weiteren Preisverfall bei Wasserstoff bis 2030 um rund 60 Prozent anstehen. Die Brennstoffzelle hat sich ebenfalls schon deutlich entwickelt, denn bei gleicher Leistung ist sie in den letzten 25 Jahren zehnmal kleiner geworden, der Platingehalt ist ebenfalls um den Faktor 10 gesunken. In einer modernen Brennstoffzelle steckt nur noch soviel Platin wie in einem Diesel-SCR-Katalysator. Trotzdem sind dem ganzen Grenzen gesetzt; auf absehbare Zeit wird die Brennstoffzelle nur in teureren Fahrzeugen verbaut werden.

 

9.) Welche Autos kann man heute schon kaufen?

Wer heute ein Wasserstoff-Auto kaufen will muss sich nicht lange umsehen. Seit 2015 wird der Toyota Mirai angeboten – Ende 2020 soll es eine Neuauflage geben. Heutiger Preis: rund 78.000 Euro. Bei einem Tank mit einen Kapazität von fünf Kilogramm Wasserstoff kann der Mirai damit rund 500 Kilometer weit fahren. Hyundai hat einen SUV im Angebot, den Nexo, der mit einem Tankinhalt von 6,33 kg eine theoretische Reichweite von 750 km hat und 69.000 Euro kostet. Nur mit Fullservice-Leasing ist der Mercedes GLC F-Cell zu haben, der als Plug-in-Hybrid sowohl mit einer 13,8 kWH Batterie als auch mit einem 4,4-kg-Tank ausgestattet ist, so dass der Wasserstoff rechnerisch für 478 Kilometer reicht. Im Herbst möchte Renault die Käufer mit den Transportern Master und Kangoo bedienen.

 

 

Gerd Junker ist Co-Gründer und Geschäftsführer der Grünes Geld GmbH. Gerd Junker: „Wir leben was wir tun! Und das ist ganz einfach, denn der doppelte Nutzen von grünen Geldanlagen ist überzeugend – die Welt verbessern und Rendite erhalten.“ Mehr zu ihm und Grünes Geld auf auf Xing, Facebook oder Twitter.

Wasserstoff – realistisch betrachtet

Mittwoch, 27. November 2019

Seit rund 20 Jahren wird die Nutzung von Wasserstoff als treibhausgas-freundlicher Energieträger diskutiert. Es gab jedoch noch kaum wirkliche Fortschritte. Anfang November 2019 stellte das Bundeswirtschaftsministerium in einem Dokument die Grundzüge ihrer Wasserstoff-Strategie vor. Wir beleuchten das Thema Wasserstoff.

 

 

Wasserstoff-Nutzung: die Idee dahinter

 

Viele unserer Anleger und viele Vertreter aus Politik und Wirtschaft finden das Thema Wasserstoff sehr sympathisch. Die Idee: Mit praktisch unbegrenzt verfügbarere Energie aus Wind und Sonne erzeugen wir Wasserstoff. Dieser ist ein sehr guter Energiespeicher und könnte im Anschluss im als Energiequelle in Stahlöfen, als wichtiger Grundstoff in der Chemie oder für Brennstoffzellenantriebe im Verkehr genutzt werden. Die Umwandlung von Wasserstoff in Energie setzt keine Treibhausgase und keine anderen Emissionen frei.

 

Der aktuelle Anlass: Treffen am 5. November 2019

Rund 600 Gäste aus Stahl- und Chemiebranche, Energiewirtschaft, Autokonzernen, Anlagenbauern und Netzbetreibern trafen sich im Berliner Westhafen mit der Politik, um das Thema Wasserstoff voran zu bringen. Es sprachen unter anderem Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier (CDU), Bundesverkehrsminister Andreas Scheuer (CSU), Minister Gerd Müller (CSU, wirtschaftliche Zusammenarbeit) sowie Forschungsstaatssekretär Michael Meister.

 

Zeitgleich veröffentlichte das Bundeswirtschaftsministerium ein 4-seitiges Grundsatzpapier „Wasserstoff und Energiewende“. In dem Papier spricht das BWMI davon, dass Deutschland bereits Marktführer bei Power-to-X Technologien sei und diese Position behaupten möchte.

 

Grüner und Blauer Wasserstoff

Wir wissen aus dem Chemieunterricht das Wasserstoff farb- und geruchlos ist und auf der Erde nur selten in atomarer Form als Element H auftritt, sondern üblicherweise in molekularer Form als H2. Trotzdem ist die Unterscheidung in grünen und blauen Wasserstoff wichtig.

 

Der grüne Wasserstoff ist der relevante und ein wesentlicher Baustein der Energiewende. Er wird über Elektrolyse aus Ökostrom produziert oder über biotechnologische Verfahren z.B. aus Algen, gewonnen. Entscheidend ist, die Gewinnung darf nicht auf Basis fossiler Rohstoffe geschehen. Grüner Wasserstoff kann im Verkehr für Antriebe über Brennstoffzellen genutzt werden und ist ein idealer Langzeitspeicher, um beispielsweise Solarenergie-Überschüsse aus dem Sommer in den Winter zu übertragen und, um fossile Energieträger in der chemischen Industrie und der Stahlherstellung zu ersetzen.

 

Der blaue Wasserstoff hingegen sollte vermieden werden. „Blauer Wasserstoff wird aus Erdgas gewonnen, wobei das bei der Wasserstoffreformierung anfallende C02 über Abscheidung und Verpressung in unterirdische Lagerstätten vom Austritt in die Biosphäre abgehalten werden soll. Doch diese Verfahren verhindern nicht die massiven Methanemissionen, die in der Gesamtkette von Erdgasgewinnung und Transport anfallen.“ so der Vater des EEG’s Hans-Josef Fell auf seiner Internetseite.

 

Potenziale von Wasserstoff

Wasserstoff muss von Deutschland langfristig in hohem Maße importiert werden. Nur in den ersten Jahren zu Forschungs- und Entwicklungsschritten können wir Wasserstoff in den benötigen Mengen selbst erzeugen um unseren noch geringern Bedarf zu decken. „Wir haben 600 Fahrzeuge mit Brennstoffzellen auf der Straße, 86 Wasserstoffbusse, 30 Züge. Das sind geringe Zahlen.“ so Verkehrsminister Scheuer.

 

Ein Beispiel des Handelsblatt zeigt das auf: Der Verband der Chemischen Industrie (VCI) hatte kürzlich eine Studie vorgestellt, die den Weg der Chemiebranche zur Klimaneutralität bis 2050 aufzeigt. Der VCI rechnet vor, dass allein die Chemiebranche dazu jährlich 600 Terawattstunden Strom aus erneuerbaren Quellen benötige, der zum erheblichen Teil für die Wasserstoffproduktion genutzt werden müsste. Tatsächlich werden aber in Deutschland derzeit insgesamt jährlich nur 180 Terawattstunden Strom in Windparks und Photovoltaikanlagen produziert. Allein der Bedarf der Chemiebranche würde damit eine Verdreifachung der Stromproduktion mittels Wind und Sonne erforderlich machen, andere Sektoren sind dabei noch nicht berücksichtigt.

 

 

Fazit Wasserstoff heute

 

Aktuell ist die breite Nutzung von Wasserstoff in Deutschland und weltweit noch in den Kinderschuhen. Es fehlen sowohl Produktionskapazitäten als auch die Infrastruktur, um Wasserstoff breiter zu nutzen.

 

Grünem Wasserstoff, also klimaneutral produziertem Wasserstoff, wird eine wichtige Schlüsselrolle beim Ziel zur Klimaneutralität 2050 zukommen. Manche Brachen wie die Stahlkocher oder Luftfahrtindustrie können praktisch nur mit Wasserstoff klimaneutral werden. Blauer Wasserstoff muss verhindert werden, da er die Klimakrise verstärkt.

 

Deutschlands Rolle dabei kann sein, die Technologien zur Nutzung von grünem Wasserstoff zu entwickeln, zur Marktreife zu bringen und in den ersten Jahren damit selbst Energie zu erzeugen. Langfristig sind die muss Deutschland grünen Wasserstoff importieren, da die Wasserstoffgewinnung exterm energieintensiv ist und soviel Primärenergie in Deutschland kaum ökologisch erzeugt werden kann. VW-Chef Diess zum Wasserstoffeinsatz in Fahrzeugen: „Wenn 100 Kilometer mit dem Elektroauto zehn Euro kosten, kosten sie mit Wasserstoff 30 Euro“, denn man braucht für Wasserstoffautos ca. dreimal soviel Primärenergie wie für batterieelektrische.

 

 

 

 

 

 

 

Gerd Junker ist Co-Gründer und Geschäftsführer der Grünes Geld GmbH. Gerd Junker: „Wir leben was wir tun! Und das ist ganz einfach, denn der doppelte Nutzen von grünen Geldanlagen ist überzeugend – die Welt verbessern und Rendite erhalten.“ Mehr zu ihm und Grünes Geld auf auf Xing, Facebook oder Twitter.